水下旋翼式平台近水底扰动定深控制方法研究

针对水下旋翼式平台在近水底工作时的时变非线性干扰问题,提出一种基于干扰观测器的动态面控制器以实现水下旋翼式平台的近水底定深控制。首先,采用水下航行器建模理论并结合牛顿欧拉方法建立水下旋翼式平台的运动学和动力学模型;然后,采用动态面控制方法处理系统的非线性特性,引入一阶滤波器对虚拟控制律进行滤波,以此来代替复杂的微分运算,同时,通过非线性干扰观测器对系统内外部总扰动进行观测估计,并通过李雅普诺夫理论证明系统的稳定性;通过仿真实验验证所设计控制策略在白噪声模拟的随机干扰和参数不确定条件下的有效性;最后,设计开发实验样机,并在不同期望深度的近水底开展定深实验。研究结果表明:在水底反冲击力的作用下,相比动态面控制和串级PID控制,采用所设计的控制策略,平台姿态通道和深度通道的控制精度均有不同程度的提高,说明所提出的控制方法具有较好的鲁棒性,可有效解决近水底扰动问题。

可重构四足机器人的结构设计与协同导航算法

可重构足式机器人作为移动机器人的一个重要分支,具有承载能力好、运动灵活、适应性强等特点。综合变胞Metamorphic理论和机器人驱动技术,设计一种自由切换形态的足式机器人,可广泛应用于校园、工厂等复杂场景的物流工作。提出不同形态间的切换方案,针对倾覆后的翻身动作提出对应的方案,可以适应复杂的任务。设计场景中包含动态行人的协同导航算法,采用时空-图注意力神经网络对机器人节点和行人节点进行建模,并从历史轨迹中提取出行人和机器人的潜在特征,通过实验验证算法的可行性,实验结果证明了该算法具有更好的行人未来轨迹预测能力。

多智能体通信中的消息聚合策略多样化研究

通过研究包含通信的多智能体强化学习中通信图的邻接矩阵,发现消息聚合的同质性可通过矩阵的秩来衡量。使用核范数,即以矩阵秩的凸包络代替秩进行优化,进一步提出一种即插即用的正则化器“核范数正则化”以约束邻接矩阵,可主动丰富消息聚合策略的多样性。以交通路口和星际争霸II作为实验场景进行验证,使用核范数正则化增强的图注意力网络进行消息聚合,比较相应的训练效率。实验结果表明,相比于现有的消息聚合方法,该方法可得到更多样的消息聚合策略,获得更好的任务性能。此外,该方法易于集成到现有的图建模多智能体通信方法,而且可有效提高其性能。

变胞原理和变胞机构类型

追述了变胞机构的发展,首次阐述了变胞原理及其在变胞机构的应用。进一步探讨了变胞机构与其他机构的区别,提出了变胞机构的延伸和分类,有助于挖掘具有变胞特性的原有机构和设计构造新的变胞机构。探讨了变胞方式,阐明了数学模型在变胞构态演变中的运用。并进一步运用各种例子,探讨了变胞机构在国内外的发展和在机器人以及制造业的应用,尤其是变胞原理在机器人及机器手的应用。该研究奠定了变胞机构的理论基础,为变胞机构新的研究和发展开拓了道路。

一空间变胞机构的拓扑结构变换和对应的矩阵演算

拓扑结构变化是变胞机构的一个特征。概括了矩阵演算在拓扑结构变化中的应用,揭示了E单位变换矩阵和U单位消元矩阵与机构拓扑变化的关系,从而演示了对应于拓扑变化的矩阵演算。重点分析了一空间变胞机构。应用矩阵演算去描述该机构的多种结构变化,从而预测此机构的新构态,并展示了各拓扑构态衍生的新机构。这一分析揭示了两种拓扑变化类型的矩阵演算规律。

基于可重构虎克铰链副的仿人变胞手设计与分析

三指手能够模仿人手的大拇指、食指和中指的姿态,从而实现仿人手的动作.变胞手掌的引入,更加提升了机械手的工作空间以及抓取可适应性.着眼于对手掌的仿生设计,基于可重构虎克铰链副(rT铰链副),设计出一款新型的仿人变胞手,使机械手可以部分模拟出人手的真实动作,从而增强机械手在空间中的抓取能力.将含有rT铰链副的六杆机构作为机械手的手掌,基于rT铰链副的可重构特性,使机械手的手掌在rT铰链副的不同构态下呈现出不同的运动方式,变胞手的手掌操作平面与Oxy平面的倾角以及手掌工作空间的大小也可以呈现不同的变化.因为当手指长度固定时,若要获得最大操作空间,机械手手掌的半径与物体半径有近似正比例对应关系,因此机械手掌半径的较大变化有利于提高机械手的抓取灵活性.此外,此机械手掌在非奇异构型下的单自由度特性也有利于机械手的控制,提高其工作稳定性.运用旋量系分解与基于公共约束和冗余约束的活动度扩展准则分析了该手掌在其工作空间内两个奇异位姿及其过渡姿态的活动度,并计算了新型变胞手在不同工作模式下手掌的工作空间大小及手掌工作平面位置,同时给出了手指操作平面倾角的变化与手掌半径的变化,展示了采用此变胞机构作为手掌的机械手的优异性能.

技术成果评价的社会学分析

随着科技的发展和知识经济社会的来临 ,同行评议在技术成果领域受到强有力的挑战 ,因此 ,我们是否应该寻求更为客观、公正与有效的评价模式 ?本文以社会学的视角 ,深入分析了同行评议内在的缺陷与不足、技术成果评价的原则和标准以及科学技术是第一生产力的社会学意涵。文章认为 ,同行评议已不适用于技术成果的评价 ,我们应当建立市场和社会相互结合的评价机制。评价不仅要考察技术成果的经济效益 ,还要评估其人文效应。

国际微创手术机器人的现状和发展趋势

在近年医疗器械产品市场上；微创手术机器入异军突起，正当国内机器人专家学者们纷纷杂杂地探讨服务机器人该如何应用、推广、突破的时候，来自美国的达芬奇已经悄然打开了医疗微创手术的一片天地，产品覆盖了全球众多医院。

流动票箱:村民选举的一种现时性选择

通过对苏南农村村民自治状况的实证研究 ,得出一个结论 ,即当前苏南农村基层正在推行的民主选举方式———流动票箱制度 ,是一种现时性的村民选举方式 ,其现时性主要取决于村民的经济利益、权利意识、自组织能力、村民选举委员会动员能力等因素。流动票箱制度在选举过程中存在持箱人的确定、持箱人对划票过程的可能影响等问题 ,以及潜在着剥夺村民进行集中讨论、在公共场所进行公开选举等隐患 ,因此建议 :发展和完善社会主义市场经济 ;加快政治体制改革 ;

基于构态变换的变胞机构结构综合

讨论了一种在运动中构态可变并改变自由度的新机构。基于构态变换的矩阵运算,提出了变胞机构结构综合的新方法。从其终态出发,应用终态的拓扑结构及其相应的邻接矩阵,进行了杆件添加和相应构态变换的矩阵运算,研究了所有组合可能性,并应用拓扑对称性去除重复情况,从而综合出新的变胞机构。

机构自由度公式的基本形式、自由度分析及其物理内涵

对近十年提出的7种自由度(Degree of freedom,DOF)公式及其主要特点进行回顾。给出基于约束分析的DOF公式的统一形式与基于运动分析的DOF公式的基本形式。给出基于运动分析的DOF计算方法与基于约束分析的DOF计算方法。基于DOF公式,确定机构的拓扑结构特征,如机构的DOF、动平台的方位特征集及其维数、独立位移方程数、过约束度、冗余自由度,判定消极运动副与选取驱动副等。揭示DOF公式的物理内涵,即DOF公式表述了机构DOF、拓扑结构与运动方位特征三者之间的映射关系,而机构的拓扑结构和方位特征的运动过程不变性是构建这一映射关系的理论基础。

变胞机构的研究综述与展望

随着变胞机构研究的深入,变胞机构理论和应用也不断地发展和创新,有必要将现有的研究成果加以总结和分析,对未来的发展趋势进行展望,以促进变胞机构理论和应用的进一步发展。在变胞机构研究的基础上,介绍变胞机构的起源和意义,提出判定条件和5种变胞方式及其实现方法。并按照变胞机构的结构学、运动学、动力学、柔性变胞机构等方面,对变胞机构理论的研究现状进行阐述。鉴于变胞机构的结构学研究较多,按照变胞机构的构态描述方法、结构分析方法和结构综合方法等3个方面进行总结。并介绍变胞机构在航天、现代制造业和机器人等领域的应用现状。对于变胞机构的未来发展趋势进行构想和展望,提出几个未来潜在的研究方向。

软体弯曲驱动器设计与建模

与传统的"刚性"机器人相比,基于仿生学启发的软体机器人由于其与生俱来的柔顺性和安全性受到广泛关注。然而,此类软体机器人驱动器的设计与控制目前仍缺少理论指导。针对这些问题,设计了一种由气压驱动的可实现弯曲运动的新型软体驱动器,在系统分析其结构和弯曲原理的基础上,利用几何方法和虚功原理建立了其数学模型,并且通过有限元模型和原理样机实验验证了数学模型的有效性,为软体机器人驱动器的优化设计和控制提供了依据。

一种变胞机构——魔术花球的自由度分析

介绍了一种常以手工艺品形式出现的可高度展开、折叠的变胞机构。通过去除不影响机构自由度的运动子链,进行了机构的结构分解,得到了空间并联四分支及三分支机构等基本运动链。运用旋量理论对各运动子链进行了虚约束和公共约束的判定,计算了它们的自由度。基于对魔球机构结构分解和虚约束的系统分析,提出了魔球机构自由度分析的理论基础,得到了其自由度及特点。应用回路连接矩阵对结果进行了验证。

基于功能分析的新型装载机构型综合研究

传统的机械式工程机械采用单自由度机构,所能完成的动作单一,动作轨迹不能变化;液压式工程机械可以灵活地执行各种工程动作,但其液压系统零部件的精度要求和成本高、可靠性不理想、易漏油、传动效率低等不足。这个棘手问题长期未能有效解决。将变胞机构和多自由度可控机构应用于工程机械等领域,可克服现在的机械式和液压式工程机械的各自不足,既能像液压式工程机械那样变化运动轨迹、执行各种动作,又没有液压系统的缺陷,具有良好的应用前景。研究这类新型机构的型综合问题,针对现有典型装载机产品的特点,采用工作机理的动作表达方法,将液压式装载机的工作机理作为依据和出发点,把其转化为工艺动作过程。结合变胞机构、可控机构、及并联机构等有关研究成果,综合应用构型演化法、基于螺旋理论的约束综合法等机构创新设计理论和方法,在功能分析的基础上完成了装载机新型执行机构的概念设计。获得了一批新型多自由度可控机构式装载机构构型,包括具有变胞功能的可控机构式装载机构构型,并由试验验证了多自由度可控机构用于装载机等工程机械的可行性,为这类机构的应用提供了一定的参考。

具有变胞功能的电动装载机构构态进化拓扑结构分析与基因建模

变胞机构是一类具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征的机构。将其应用于装载机研究发明的新型电动装载机构,可按不同阶段的工作需求改变其执行机构的拓扑结构,只需一台驱动电动机就能完成传统两自由度液压装载机铲装、翻转、抬升、卸料等工作任务。采用电动机驱动、连杆传动的方式,能有效克服液压系统零部件加工装配要求高、维护保养困难、易产生漏油等缺点;且电动机均安装在机架上,避免了传统串联式机械手的驱动电动机大都安装在铰链处,导致的刚性差、惯量大等问题。介绍变胞装载机构的变胞源机构以及实现变胞功能的几何变胞方法,利用邻接矩阵和拓扑图描述了各工况对应的子工作阶段机构的拓扑结构变化,分析其工作原理和构态转化特点,得到机构构态演变过程的生物学进化特性。针对机构的结构和连接特点,研究变胞进化生长过程中构型的转化方式和蜕化方法,对各个构型单元分别进行进化计算,得到变胞源机构的基因模型表达式。

描述变胞机构构态变换的邻接矩阵法

根据变胞机构的变胞原理,提出变胞机构的三种变胞过程:杆件增加、杆件减少和杆件数不变仅拓扑结构发生变化。在研究变胞机构的三种变胞过程后,提出用邻接矩阵变换的方法来描述变胞机构的变胞过程,同时提出用于相应邻接矩阵变换的4种初等矩阵。矩阵变换法能清楚地描述机构在变胞过程中,各构件的邻接特性变化以及增加或减少的构件数。采用矩阵变换法来描述机构的变胞过程,将变胞机构的构态变换转化为一系列矩阵运算,普遍适用于各种变胞机构的构态变换分析。变换过程全部由矩阵实现,且不需对新机构重新编号,易于计算机编程运算。

变胞机构的基因建模理论与构态进化分析

变胞机构的英文首创是'Metamorphic mechanisms'。这一概念借用了生物学中'Metamorphosis',即变形、变拓扑态、可生长并进化演化。基于这一基本概念,并结合机构的基本杆组组成原理,首次提出变胞机构具有生物特性的组成原理,定义变胞元与变胞基因,并基于变胞基本单元建立变胞机构生物特性结构模型,分析基因进化引导的构型综合思想。通过分析变胞机构的构态转化特点,讨论变胞源机构及生成方法与过程,得出变胞机构构态演变过程生物学进化特性。深入研究变胞机构在变胞进化生长过程中构型要素的转化方式与蜕化方法,建立变胞机构学具有生物演变特征的机构组成原理及进化构态建模理论。在此基础上结合传统基本机构进化生成变胞机构构型给出分析示例,并基于工作阶段子机构之间进化为变胞机构过程中不同的自由度跃迁结果,对变胞源机构的进化计算分别进行讨论。

变胞机构的基因进化综合理论

首次引入生物学原理研究机构综合与设计。提出变胞元素(进化单元),探讨基于变胞元素的变胞机构基因进化机制,建立基于基因进化技术的变胞机构创新设计理论。首先深入分析变胞机构的综合过程与构态进化特点,结合变胞机构的机构组成原理与结构构型建模分析,建立基于变胞元素的变胞机构基因建模方法,以基因模型讨论变胞机构的构态演变与进化。针对提出的变胞进化单元,深入研究底层变胞单元的基因进化机制与规律,主要探讨基因聚合进化机制、主动基因进化机制、基因变异进化机制、基因相交进化机制和基因分离进化机制,建立变胞机构基因设计理论基础与构态自动演变计算方法,实现满足多功能阶段设计需求的变胞源机构多构态模式。计算实例中变胞源机构综合过程验证了基因设计理论的正确性,变胞源机构到具体工作阶段机构的可分离蜕化变胞元素求解过程体现了进化综合理论的有效性。

含变胞运动副结构的约束变胞机构构型综合

同一种变胞源机构由于变胞运动副约束形式或结构的不同,可获取多种约束变胞机构实现预定的作业任务。即根据工作构态变换对变胞运动副的约束力性态变化要求,给出一种反求相应变胞运动副约束形式和结构的约束变胞机构构型综合方法。根据基于任务的变胞源机构的运动循环图,建立一种对应的变胞运动副运动状态矩阵和约束状态矩阵。根据变胞运动副的等效阻力梯度线图并参照约束状态矩阵,获取约束变胞运动副的等效阻力矩阵。通过归纳变胞运动副的约束形式和约束力性态的矢量表示,对比等效阻力矩阵建立约束变胞机构构型矩阵,给出基于构型矩阵的构型综合方法。以粉料压片机机构的设计为例,求出了12种典型约束变胞构型矩阵及其机构运动简图。